Projektowanie i wdrożenie specjalnego transformatora z automatyczną regulacją pojemności

1. Wstęp

Energia jest niezbędna do funkcjonowania i rozwoju społeczeństwa. Aby spełnić narodowe polityki oszczędzania energii i redukcji emisji, konieczne jest poprawienie wykorzystania zasobów - kluczowy aspekt dla przedsiębiorstw energetycznych. Wielostopniowe modernizacje wiejskich sieci elektrycznych napędzają rozwój transformatorów dystrybucyjnych. Mimo wysokiej efektywności, szeroko stosowane transformatory nadal mają znaczne straty ogólne ze względu na problemy związane z pojemnością i użytkowaniem; 70% strat w sieci średniego i niskiego napięcia pochodzi od transformatorów dystrybucyjnych. Wiejskie sieci mają skoncentrowane obciążenia, zależne od pór roku, z dużymi różnicami między szczytem a doliną, co obniża średni współczynnik obciążenia transformatorów. Używanie transformatorów regulujących pojemność w takich obszarach pomaga dostosować pojemność do obciążenia, zapewniając ekonomiczne i bezpieczne działanie, zmniejszając przeciążenia i marnowanie energii. Projektowanie specjalnego transformatora z automatycznym regulowaniem pojemności oferuje przełom technologiczny oraz praktyczną i teoretyczną wartość.

2. Mechanizm powstawania strat w transformatorach

Transformatory, kluczowe w sieciach dystrybucyjnych do dystrybucji energii i regulacji napięcia/prądów, mają duże straty mocy podczas normalnej pracy - składające się z strat krótkiego zwarcia (strat obciążenia) i strat bez obciążenia.

Straty krótkiego zwarcia (straty obciążenia) występują, gdy przez cewki przepływa nominalny prąd pod obciążeniem. Wykrywane są poprzez testy krótkiego zwarcia (nałożenie niskiego napięcia na bocznik pierwotny, pomiar nominalnego prądu na boczniku wtórnym, ignorując straty w rdzeniu), przybliżają straty miedzi. Te straty skalują się wraz z obciążeniem, ograniczone przez współczynniki obciążenia i nominalne straty krótkiego zwarcia.

3. Projekt i realizacja specjalnego transformatora z automatycznym regulowaniem pojemności
3.1 Struktura transformatora regulującego pojemność

Zastosowany transformator dystrybucyjny z zmianą połączeń D-Y używa różnych trybów cewkowania dla operacji o dużej i małej pojemności: trójkąt (D) dla dużej pojemności, gwiazda (Y) dla małej pojemności (zwana konwersją trójkąt-gwiazda). Jego cewki niskiego napięcia składają się z drutów o 27% i 73% liczby zwojów, przy czym przekrój poprzeczny drugiego wynosi około 1/2 pierwszego.

3.2 Realizacja automatycznego regulowania pojemności

Transformatory z automatycznym regulowaniem pojemności pod obciążeniem opierają się na modułach automatycznego sterowania: pozyskiwaniu danych, pamięci, transformatorach, interakcji człowiek-maszyna, zasilaniu i pętlach wejścia/wyjścia. Sygnały zbierają transformatory napięcia i prądu; obwody analogowe z mikroprocesorami je przetwarzają. Przetworzone dane przechowywane są w pamięci do zewnętrznych interfejsów lub przyszłych wymian. Rysunek 1 pokazuje skład systemu automatyki.

3.3 Proces kontroli systemu automatyki

Analogowy prąd transformatora regulującego pojemność i napięcie strony wtórnej są zbierane przez regulator pojemności pod obciążeniem. Połączone ze stanem przełącznika regulującego pojemność, można wprowadzić ocenę numeryczną według charakterystyk warunków pracy i parametrów pracy kontrolowanego obiektu. Następnie określone jest, czy warunki wykonania zadania są spełnione, w oparciu o rzeczywiste warunki sterowania.

Jeśli warunki są spełnione i pojemność transformatora dystrybucyjnego wymaga dostosowania, program przełączy się do modułu zadaniowego do dostosowania pojemności transformatora. Po ukończeniu zadania dostosowania pojemności, wejdzie do innych modułów funkcji pomocniczych. Jeśli warunki do działania zadania nie są spełnione, lub nie ma natychmiastowej potrzeby dostosowania pojemności transformatora, program bezpośrednio wejdzie do innych modułów funkcji pomocniczych. Rysunek 2 pokazuje schemat blokowy systemu automatyki.

3.4 Struktura sprzętowa systemu automatyki z regulowaniem pojemności pod obciążeniem

Struktura sprzętowa systemu automatyki z regulowaniem pojemności pod obciążeniem składa się głównie z jednostki pozyskiwania sygnałów, jednostki komunikacji danych, jednostki wejściowej, jednostki wyjściowej, systemu panelu sterownika, kwarcowego oscylatora zasilania i obwodu zegarowego.

System automatyki z regulowaniem pojemności pod obciążeniem ma wysoką odporność na zakłócenia i niezawodność sprzętu, głównie dlatego, że wszystkie jego komponenty są wykonane z chipów przemysłowych. Ponadto, podczas projektowania obwodów brano pod uwagę elektromagnetyczną zgodność komponentów i obwodów. To zapewnia, że system automatyki z regulowaniem pojemności pod obciążeniem ma wysoki poziom niezawodności operacyjnej i bezpieczeństwa elektrycznego, i może spełniać wymagania użytkowania nawet w surowych środowiskach elektrycznych.

4. Podsumowanie

W sieciach dystrybucyjnych, szerokie zastosowanie dużej liczby transformatorów dystrybucyjnych oznacza, że obecnie straty w tych transformatorach stanowią stosunkowo wysoką proporcję całkowitych strat w sieci dystrybucyjnej. Obciążenia elektryczne na wsi są ograniczone przez niekorzystne warunki, takie jak sezonowe zmiany, krótkie okresy użytkowania w ciągu roku i częste występowanie stanów bez obciążenia lub lekkiego obciążenia. W rezultacie, sytuacja, w której współczynnik obciążenia transformatorów pozostaje w rozsądnym zakresie działania, jest stosunkowo rzadka.

Transformatory regulujące pojemność mogą dostosować się do fluktuacji obciążenia i stanu przełącznika regulującego pojemność. Poprzez zmianę sposobu połączenia cewek transformatorów, dają im cechę regulowalnej pojemności. Dlatego, racjonalne instalowanie transformatorów regulujących pojemność w obszarach wiejskich sieci elektrycznej, gdzie występuje duże obciążenie i częste fluktuacje napięcia, ma stosunkowo wyraźny wpływ na oszczędzanie energii i kontrolę strat w obwodach.

Wraz z ciągłym rozwojem i postępem technologii używania energii, funkcjonalne ulepszenia transformatorów z automatycznym regulowaniem pojemności pod obciążeniem stają się coraz bardziej doskonałe. Wierzy się, że specjalne transformatory z automatycznym regulowaniem pojemności osiągną nowe przełomy w kierunku oszczędzania energii i redukcji strat w przyszłych sieciach dystrybucyjnych.